第十章机械能、内能及其转化第二节内能一、教学目标1.初步了解物质结构的基本图像，即分子动理论的基本观点，能用分子动理论的知识解释一些简单现象。2.知道什么是扩散现象，会解释一些简单的扩散现象。3.知道固体、液体、气体的宏观特征和微观分子运动情况。4.知道物体的内能。知道通过热传递和做功能够改变物体的内能。知道能量转化与守恒定律。5.通过观察气体、固体和液体的扩散等一系列实验现象，学习由宏观现象推知微观本质的研究方法。二、教学重点和难点教学重点：分子动理论相关实验现象的观察和内能的概念。教学难点：对分子动理论内容和物质三态的特征的理解。观察分子动理论相关实验现象是学生理解分子动理论的基础，教学中要注意把宏观量和微观量联系起来。对于内能，可以通过学过的物体的动能和势能知识去类比分子动能和分子势能，进而理解内能。让学生通过联想分子由于热运动而具有动能，分子间有相互作用而具有势能。关于“固体、液体和气体的特征”，学生已经学过物质的三态，但对于不同状态物质的特征并没有形成抽象的认识。教学时以“固体、液体和气体的特征”的知识做载体，在学生获得对物质状态进一步系统的认识的同时，学习宏观现象和微观本质的联系。教学中要精心创设物理情境，引导学生积极主动参与课堂教学活动，避免“灌概念”，要让学生在列举实例、交流讨论等活动中理解本节的内容。三、教学过程1.教学引入从古至今，人类始终没有停止对物质结构的探索，我们知道物质都是由大量分子或原子组成的，这节课的任务就是通过一些宏观实验现象来了解分子。2.“知识点”教学物质结构的基本图像问题引导：阅读下面资料，思考这些数据说明了什么？展示资料：通常情况下，1cm3的空气里大约有2.71019 个分子。如果人数数的速度能达到每秒100亿个，要把这么多分子一个个数完，得花80多年。将1cm3水中的分子一个挨一个的排起来，能排8.71109 km，而太阳与地球相距1.5 108km，这些分子可以在太阳和地球之间排58排。引导学生认识分子特点：体积十分小、质量非常小。一般分子直径大约为10-10m。问题：分子处于什么样的状态？如何得知分子所处的状态？引导学生认识：由宏观实验现象推知分子运动状态的研究方法。教师演示空气和二氧化氮的扩散实验。简单介绍实验装置；抽走中间的玻璃片。引导学生观察现象：抽去中间玻璃片后，上下两个瓶子的颜色逐渐变得均匀。学生分析得出结论：二氧化氮气体分子和空气中分子在运动。教师演示浓硫酸铜和水之间的扩散实验（教师可以提前准备，将装有浓硫酸铜和水的烧杯放在教室里，让学生观察浓硫酸铜和水之间的扩散）学生分析得出结论：硫酸铜溶液分子和水分子在运动。播放铅板与金板之间扩散的课件（或者录像资料）。引出：两种不同物质接触时可以自发地彼此进入对方的现象叫作扩散现象，扩散现象证明一切物质的分子都在永不停息地运动。学生举例：每位同学列举2个生活中扩散现象的例子，相互交流。 演示：红墨水在热水和冷水中的扩散实验。引导学生观察、分析实验现象，得出结论：分子运动的剧烈程度与温度有关，温度越高，分子运动越剧烈。引出：分子运动的剧烈程度与温度有关。过渡：既然粉笔是由分子组成的，而且分子在不停息的运动，那么为什么粉笔没有变成一个一个的分子，而具有一定的体积和形状呢？引导学生观察下面的实验现象，思考实验现象与上述问题之间有什么联系。演示：把两根铅柱的端面削平，将削平的端面相对，用力挤压。这时两根铅柱“连接”在一起，在铅柱下面悬挂重物，它们不会分开。引出：分子之间存在着相互作用的引力。教师设问：分子之间存在着引力为什么没有将分子吸引到一块呢？学生猜想：分子之间是否还存在着相互作用的斥力？引导分析：物体能够压缩，但压缩时要用力，而且压缩得越狠，用的力越大，说明组成物质的分子之间不可能靠得很近，进一步推知，分子之间还存在着相互作用的斥力。教师提问：分子之间既存在着相互作用的引力，又存在着相互作用的斥力，引力和斥力是同时存在的吗？什么时候表现出引力？什么时候表现出斥力？学生阅读教材第10页的相关内容。教师补充：分子之间相互作用力的模型。强调：分子之间的引力和斥力总是同时存在的。当分子之间的距离足够小时，分子之间的斥力作用比较显著（引力仍然存在）；当距离进一步增大时，分子之间的引力比较显著（斥力仍然存在）；当分子之间的距离大到分子直径的10倍以上时，分子之间的作用力非常小，可以忽略不计。固体、液体和气体的特征教师设问：为什么固体既有一定的体积又有一定的形状？液体有一定的体积但没有一定的形状？气体既没有一定的体积又没有一定的形状？学生思考并交流。教师讲解：固体分子彼此靠得很近，分子之间的作用力很大，分子有规律地紧挨在一起，所以宏观上固体既有一定的体积又有一定的形状；液体分子之间的距离较大，分子之间的作用力较小，分子只能在一定限度内运动；所以液体有一定的体积但没有一定的形状；气体既没有一定的体积又没有一定的形状，是因为分子离得很远，每个分子能自由地沿各个方向运动，我们通常称气体的分子为自由分子。我们可以把固体、液体、气体分别比喻成正在做广播操的整齐的队伍、在舞池中跳舞的队伍、在大操场中自由活动的队伍；由于分子的运动快慢与温度有关，因此温度升高时，分子运动变得激烈，分子之间的距离变大，这也就是物体的体积一般都会有“热胀冷缩”性质的道理。物体的内能问题：物质的分子也在永不停息地运动，运动的分子具有动能吗？相互作用的分子之间具有分子势能吗？引出：分子动能分子由于运动而具有的能；分子势能分子之间由于存在着相互作用力而具有的能叫分子势能；物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和叫做内能。教师强调：内能和机械能是不同形式的能。改变内能的两种方法问题：内能能够被利用吗？（内能能够发生转移或转化吗？）观察如图10-2-1所示的实验。图10-2-1思考：（1）高温水蒸气把橡皮塞喷出，什么能转化成什么能？谁对谁做功？图10-2-2（2）水蒸气对塞子做功后内能如何变化？（3）采用哪些办法可以使锯条温度升高、内能增大？学生讨论观察如图10-2-2所示的实验。引导学生观察、分析发生的现象：迅速压下活塞时，使花燃烧起来。学生解释其中的道理：迅速压下活塞时，活塞对筒内的气体做功，使气体的内能增加，温度升高，达到了硝化棉的着火点，使硝化棉迅速燃烧起来。引出：外界对物体做功其内能增加，物体对外做功其内能减少。用做功的方法来改变物体的内能，实质是不同形式的能之间的转化。得出：做功和热传递都可以改变物体的内能。在热传递过程中，物体吸收或放出热的多少，叫做热量，用符号Q表示，国际单位为焦耳，用符号J表示。学生举出内能改变的例子，并分析内能改变的方法。引出：做功和热传递对改变物体的内能是等效的。不同形式能的相互转化问题：在各种能量相互转化的过程中，转化前和转化后相比，能量的总量会如何变化？增加，还是减少，还是不变？学生讨论发言。教师再次演示单摆实验。问题：在单摆的动能和势能相互转化的过程中，机械能守恒吗？减小的机械能到什么地方去了？学生讨论交流：对于滚摆在摆动的过程中，每次上升的高度逐渐减小，速度也逐渐减小，机械能也逐渐减小，减小的机械能转化为内能了。学生举例说明不同形式能之间可以相互转化。3课堂小结（1）物质结构的基本图像：物体是由大量分子组成的；分子在永不停息地做无规则运动；分子间存在着相互作用的引力和斥力。（2）固体、液体、气体的特征（2）物体的内能：物体内所有分子的分子动能和分子势能的总和。（3）改变内能的两种方法：做功和热传递.四、教学反思本节课的教学内容比较抽象，对学生分析、归纳、概括能力的要求也较高，因此，在教学设计中充分利用了现象教学的作用，设计了一系列小实验，引导学生观察实验，以增加学生的感性认识，帮助学生在头脑中建立必要的物理图景。以此为基础，通过分析、比较、概括，得出相应的结论。从中也使学生初步认识了通过大量宏观现象的分析、推理来对微观世界进行判断的方法。并通过回忆已学过的各种能量知识，使学生初步建立能量与运动形式的对应关系。5